[發明專利]動車組多堆燃料電池系統剩余使用壽命一致性控制方法

有效

• 申請號: 202010155964.9
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111274713B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李奇;孟翔;張國瑞;甘銳;王曉鋒;陳維榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F119/04;B60L58/30
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟

1.動車組多堆燃料電池系統剩余使用壽命一致性控制方法，其特征在于，包括步驟：

S10,基于目標動車組的技術參數，根據動車組加速、最高速、怠速以及制動工況下的功率及電量需求，在滿足列車軸重限制以及空間限制的情況下，對動車組動力系統參數配置和選型；

S20,分析引起車載燃料電池系統壽命衰減的主要四種運行工況，并量化每種工況引起的壽命衰減率，從而獲得多堆燃料電池的實時剩余壽命，并定義燃料電池系統微衰減比；

S30,基于圖論的通信網絡拓撲結構，將每個燃料電池系統作為智能體，建立多堆燃料電池發電系統模型，并采用特征值擾動法分析一致性控制算法的反饋系數與通信網絡矩陣對收斂速度的影響，獲得具有最快收斂速度的參數組合，使一致性算法在線收斂速度可以達到全局最優；

S40,結合功率平衡及各并聯燃料電池系統發電的約束條件，基于多個智能體的一致性控制算法，通過局部供需功率不匹配值和所定義的燃料電池系統微衰減比的差值，相互迭代更新，獲得不同初始老化狀態的燃料電池的剩余壽命逐漸達到一致。

2.根據權利要求1所述的動車組多堆燃料電池系統剩余使用壽命一致性控制方法，其特征在于，動車組采用四動四拖結構，每一組動拖結構組成一個動力單元，每個動力單元的直流側均為一套單獨的混合動力系統，并且經由一個牽引逆變器驅動四個交流異步牽引電機；所述混合動力系統包括多堆燃料電池發電系統和蓄電池儲能系統，其中每一臺燃料電池系統均是通過一個單向DC/DC變換器連接至直流母線，蓄電池儲能系統直接與直流母線相連；運行過程當中，由能量管理控制器將負載功率在多堆燃料電池發電系統和蓄電池儲能系統之間進行分配。

3.根據權利要求1所述的動車組多堆燃料電池系統剩余使用壽命一致性控制方法，其特征在于，分析引起車載燃料電池系統壽命衰減的因素，車載燃料電池在運行過程中受到包括啟停機、變載、低功率運行和高功率運行四種工況的影響，并量化每種工況引起的壽命衰減率；

燃料電池運行在高功率或低功率區時所引起的衰減率Dhigh和Dlow按照線性函數的方式進行估計，具體為：

式中，D_high和D_low分別代表燃料電池運行在高功率或低功率區時所引起的衰減率；P_fc代表燃料電池電堆輸出功率，P_highlimit和P_lowlimit分別代表界定燃料電池高功率區間的下限和燃料電池低功率區間的上限；c₁和c₂為與經燃料電池大功率或低功率長期老化實驗測得的常數系數；

變載工況所引起的衰減率與燃料電池功率變化率成正比，即：

式中，D_loadchange代表由燃料電池變載引起的衰減率；k為與經燃料電池循環變載老化實驗測得的常數系數；

燃料電池啟停機所引起的衰減進行估算：

式中，D_on/off代表由燃料電池啟停機引起的衰減率；n_max為與經燃料電池循環啟停機老化實驗測得的常數系數，指每臺燃料電池從啟用至壽命終結時的總計啟停機次數。

4.根據權利要求3所述的動車組多堆燃料電池系統剩余使用壽命一致性控制方法，其特征在于，由于不同工況的參數設定互相獨立，將由于每種工況而導致的衰減的累加值相加，以獲得燃料電池的在某段工況中的總體性能退化，計算公式為：

D＝D_high·t₁+D_low·t₂+D_loadchange·n₁+D_on/off·n₂

式中，D代表燃料電池的在某段工況中的總體性能退化；t₁、t₂、n₁、n₂分別代表燃料電池在此運行區間內的高功率區間運行時長、低功率區間運行時長、變載次數和啟停機次數；當總體性能退化達到設定值時，認定燃料電池的壽命終結。